第二部分细胞的基本功能

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1、第二章细胞的基本功能 第一节细胞膜的结构和物质转运功能第二节细胞的跨膜信号转导功能第三节细胞的生物电现象第四节肌细胞的收缩功能 本章要求 掌握1 单纯扩散 易化扩散的概念 形式和特点 2 原发性主动转运的概念和转运机制 3 静息电位 动作电位的概念及产生机制 4 动作电位 局部反应的特点 5 兴奋在同一细胞上传导的形式及特点 6 兴奋 收缩耦联的概念及其耦联物质 第一节细胞膜的结构和物质转运功能 一 细胞膜的结构概述细胞膜主要由脂质和蛋白质组成 此外还有极少量的糖类物质 液态镶嵌模型 fluidmosaicmodel 的基本内容是 膜以液态的脂质双分子层为基架 其中镶嵌着具有不同分子结构和生理

2、功能的蛋白质 细胞膜的液态镶嵌模型 二 细胞膜的物质转运功能 一 单纯扩散概念 是一种简单的物理扩散 没有生物学的转运机制参与 扩散的方向和速度 取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性 影响扩散量的因素 浓度差 是物质扩散的动力 通透性 通透性愈大 扩散量也愈大 二 易化扩散 1 载体介导的易化扩散 载体蛋白质有较高的结构特异性 饱和现象 竞争性抑制 载体介导的易化扩散 通道介导的易化扩散示意图 通道介导的易化扩散 门控离子通道分为三类 1 电压门控通道 在膜去极化到一定电位时开放 如神经元上的Na 通道 2 化学门控通道 受膜环境中某些化学物质的影响而开放 这类化学物质 配基 主要来

3、自细胞外液 如激素 递质等 3 机械门控通道 当膜的局部受牵拉变形时被激活 如触觉的神经末梢 听觉的毛细胞等都存在这类通道 三 主动转动 概念 细胞通过本身的某种耗能过程 将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程 分类 原发性主动转运 继发性主动转运二者区别 原发性主动转运 直接利用ATP能量继发性主动转运 间接利用ATP能量 钠 钾泵 sodium potassiumpump 简称钠泵 也称Na K 依赖式 作用 在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的3个Na 移出膜外 同时把细胞外的2个K 移入膜内 因而保持了膜内高K 和膜外高Na 的不均衡离子分布 意义 钠泵活动造成

4、的细胞内高K 是许多代谢过程的必需条件 钠泵将Na 排出细胞将减少水分子进人细胞内 对维持细胞的正常体积有一定意义 钠泵活动最重要的在于它能逆浓度差和电位差进行转运 因而建立起一种势能贮备 这种势能是细胞内外Na 和K 等顺着浓度差和电位差移动的能量来源 原发性主动转运示意图 继发性主动转运 四 入胞和出胞 第二节细胞的跨膜信号转导功能 跨膜信号转导方式分为三类 G蛋白耦联受体介导的信号转导 酶耦联受体介导的信号转导 离子通道介导的信号转导 每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导 由膜受体 G 蛋白 膜效应器酶组成的跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成 第三节细胞的生物电现象 生物电

5、bioc lectricity 是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在的电现象 两种表现形式 安静时具有的静息电位和受刺激时产生的动作电位 一 静息电位 静息电位 restingpotential RP 是指细胞处于静息状态时 细胞膜两侧存在的电位差 意义 是动作电位产生的基础 静息电位测定示意图 A 电极A与B均置于细胞外表面 B 电极A置于细胞外 电极B插入细胞内 记录到细胞内外的电位差 静息电位产生的机制 产生条件主要有两个 细胞内外各种离子的浓度分布不均 即存在浓度差 在不同状态下 细胞膜对各种离子的通透性不同 膜电位几种状态 极化 安静时存在于膜两侧的稳定的内负外正的状态

6、超极化 膜内负电位增大 去极化 膜内负电位减小 复极化 细胞发生去极化后 膜电位有恢复到极化状态 二 动作电位 概念 动作电位 actionpotential AP 是指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化 意义 是细胞处于兴奋状态的标志 单一神经纤维的动作电位示意图 动作电位的产生机制 动作电位的产生条件与阈电位 阈电位 能触发动作电位的膜电位临界值 阈电位大约比正常静息电位的绝对值小10 20mV 动作电位的产生条件 静息电位去极化达到阈电位水平 动作电位的特点 动作电位呈 全或无 现象 动作电位一旦产生就达到它的最大值 其变化幅度不会因刺激的加强而增大 不衰减性传导 动作电

7、位一旦在细胞膜的某一部位产生 就会立即向整个细胞膜传布 而它的幅度不会因为传布距离的增加而减小 可迅速扩布到整个细胞膜 脉冲式 由于绝对不应期的存在 动作电位不能重合在一起 动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形 局部兴奋 局部兴奋的基本特性 1 不是 全或无 的 而是随着阈下刺激的增大而增大 2 不能在膜上作远距离的传播 3 局部兴奋是可以互相叠加的 包括 空间性总和 时间性总和 兴奋在同一细胞上的传导 A静息时 B发生兴奋后 C传导过程中 第四节肌细胞的收缩功能 本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容 运动神经的兴奋如何传递给骨骼肌细胞而使它产生兴奋 骨骼肌细胞的兴奋如何引发它收缩 肌细胞的

8、收缩机制 骨骼肌的收缩形式 影响骨骼肌收缩的因素 一 骨骼肌神经 肌接头处兴奋的传递 骨骼肌的神经 肌接头处的结构 接头前膜 是运动神经末稍嵌入肌细胞膜的部位 接头后膜 运动终板或终板模 是与头前膜相对应的肌细胞膜 接头间隙 间隔约50nm 充满了细胞外液 神经 肌接头处的超微结构示意图 二 神经 骨骼肌接头处的兴奋传递过程 神经 骨骼肌接头处兴奋传递的特点 单向性传递 即兴奋只能从接头前膜传向接头后膜 而不能反传 时间延搁 神经 骨骼肌接头处的兴奋传递过程须经过许多步骤 耗时较长 一次兴奋传递约需0 5 1 0ms 易受环境变化的影响 因接头间隙充满了细胞外液 而细胞外液的成分易受内外环境变

9、化的影响 如Ca H 等浓度及渗透压改变 胆碱酯酶活性 某些药物等 都可影响兴奋传递过程 三 骨骼肌的兴奋 收缩耦联 概念 骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩的机械变化的过程被称为兴奋 收缩耦联 excitation contractioncoupling 三个步骤 电兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处 三联管结构处的信息传递 肌浆网 即纵管系统 对Ca2 释放和再聚积 骨骼肌细胞的肌原纤维和肌管系统 骨骼肌的收缩机制 四 骨骼肌的收缩形式 1 等长收缩和等张收缩等长收缩 肌肉收缩时不产生长度的变化而仅产生肌张力的增加 这种形式的肌肉收缩称为等长收缩 等张收缩 在一定的张力基础上产生肌

10、肉的收缩时 肌肉的张力不变而产生肌肉的缩短 这种形式的收缩称为等张收缩 2 单收缩和强直收缩单收缩 骨骼肌受到一次有效刺激 引起肌肉一次迅速的收缩 称为单收缩 强直收缩 肌肉受到连续的有效刺激时 当刺激频率达到一定程度时 引起肌肉收缩的融合而出现强而持续的收缩 称为强直收缩 单收缩和强直收缩 五 影响骨骼肌收缩的主要因素 1 前负荷 当肌肉前负荷逐渐增大时 它每次收缩所产生的主动张力也相应地增大 当前负荷超过最适初长度后 再增加前负荷反而会使主动张力越来越小 以致最后下降到零 2 后负荷 后负荷增加 收缩张力增加而收缩速度减小 当后负荷增大到一定程度时肌肉产生最大的张力 而缩短速度为零 3 肌

11、肉收缩能力 肌肉收缩能力增强 使肌肉收缩的张力增加 收缩速度加快 使它的作功效率增加 肌肉初长度对肌肉收缩的影响 不同初长度时粗 细肌丝重合程度和产生张力的关系示意图 二 心肌 心肌收缩具有以下特点 1 全或无 式收缩2 对细胞外液Ca2 的依赖性3 心肌细胞能抵抗过度延伸的特性 复习题 1 细胞膜的物质转运方式有哪些 简述钠 钾泵的作用及意义 2 简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素 3 何谓动作电位 简述动作电位的产生原理及特点 4 神经纤维动作电位的传导形式有哪些 其传导的特征是什么 5 试述骨骼肌神经 肌接头的兴奋传递过程及其特点 6 何谓兴奋 收缩偶联 其结构基础是什么 钙起何作用 思考题 1 在生理实验中 人工的轻度增加细胞外液K 浓度时 其静息电位和动作电位有何变化 为什么 2 改变刺激强度 单一神经纤维的动作电位有何变化 何谓 全 或 无 式的 3 当刺激神经肌肉标本的神经干时 如果肌肉不发生收缩 可能有哪些原因